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纯电动汽车高压上电流程及故障诊断

纯电动汽车高压上电流程及故障诊断

摘要:为研究新能源汽车高压上电故障原因,以某型纯电动汽车为例,分析其上电流程及控制策略,总结出上电失败的可能故障点及诊断方法,以供新能源汽车检修人员参考。

关键词:新能源汽车;高压上电;上电流程;故障诊断

1概述

新能源汽车作为汽车产业的新动能正在酝酿重塑产业力量的大趋势。在国家大力支持下,新能源汽车长期发展趋势向好,2019年中国新能源汽车产销量超过120万辆,居全球领先地位。在新能源汽车快速市场化的背景下,新能源汽车故障频发,而相关的维修技术标准体系尚不完善,对新能源汽车的维修手段主要体现在整个部件的更换,车主维修成本较高;同时,新能源汽车后市场技能型服务人才稀缺,相关售后服务问题日益凸显。新能源汽车频发故障,具体表现为故障报警、限功率运行、车辆无法上电等故障现象,其中车辆无法完成高压上电是多数故障发生后的车辆最终表现,出现频率较高,行业专家对新能源汽车上电故障、上电流程、上电控制策略已经做了大量的研究工作,取得了较好的研究成果[1-3]。本文以某型纯电动汽车为例,研究了其上电流程及控制策略,并分析高压上电故障,READY灯点亮失败的可能原因,并提出了相关的诊断方法。

2高压上电流程

新能源汽车高压上电,即动力电池输出高压电,供给车辆高压用电设备,高压控制盒、电机控制器、驱动电机等。图1为某型纯电动汽车动力电池的上电过程原理。图中MSD表示手动维修开关,V1监测MSD的连接良好、动力电池串联回路连接完好,V2监测预充电阻后的电压,V3监测对负载的预充电压,通过比较V1、V2、V3电压值来判断各接触器的连接状态,PTC加热元件对动力电池系统保温。行车模式下的高压上电过程,VCU控制负极接触器闭合,再由BMS控制预充电接触器,在检测到预充电压达到目标电压值后,判断预充电成功,闭合正极接触器,断开预充接触器,完成行车模式的高压上电过程,通过对比分析V1、V2、V3电压值来判断各接触器的连接状况。通过采集行车模式下正常上电过程V1、V2、V3电压值,绘制得到图2曲线图。由图2可知,上电过程的t1时刻,动力电池系统MSD正常连接,模组之间串联良好,V1电压值为动力电池的额定电压500V;t2时刻,负极接触器闭合,此时V2与预充电阻串联(图1),V2电压低于V1;t3时刻,预充接触器闭合,动力电池系统开始对外部高压电器预充电,V2与V3并联,V2的电压被拉低,再V2与V3电压同时升高;t4时刻,预充电完成V2=V3≥90%V1,闭合正极接触器;t5时刻预充接触器断开,上电完成。

3控制策略

钥匙置ON挡后,VCU被唤醒,VCU自检完成之后,向CAN线发送第1帧报文请求闭合高压互锁回路使能,同时唤醒MCU以及BMS,BMS自检正常后监控互锁回路信号、检测高压回路绝缘状况,检查动力电池SOC状态,内部单体电压以及电池温度,判断整车当前的充电或是行车模式,符合高压上电条件后,执行上电程序。实时监控驾驶员的钥匙请求,当keyon=0后,进入低压电/高压电的下电流程。图3为某型纯电动汽车行车模式下的上电控制策略示意[4-5]。其中,高压回路的绝缘状况检测,将动力电池高压电源作为检测电源,在动力电池的正负极以及车辆底盘之间建立桥式阻抗网络,如图4所示。通过控制电子开关管T1、T2的通断,改变A、B之间的等效电阻,通过计算BMS得到绝缘阻值,并进行绝缘性能的判定。另外,整车在高压上电前须确保高压回路的完整性,使高压处于封闭的环境下运行,通常BMS发出并监测12V低压电气信号,检测高压部件、高压接插件、护盖等的连接完整性。

4故障诊断

新能源汽车无法上高压,READY灯点亮失败,类似这种故障时有发生,且各品牌各车型都有出现类似案例,引起上电失败的原因也层出不穷。从上电过程总结,第1类初始化阶段,各控制器未完成自检,动力电池SOC太低,单体压差过大,动力电池过温/过冷;第2类如绝缘阻值过低,绝缘监测报故障;互锁回路不完整,无法监测到低压电气信号,报互锁故障;第3类执行高压上电阶段,接触器的非正常通断造成预充电的失败或超时,如图5、图6所示。图5所示的上电故障发生在负极接触器闭合后的t2时刻,负极接触器闭合后,检测V2电压小于V1电压的50%,且未到t3时刻,预充接触器还未闭合,而V3电压逐渐升高,已经开始了预充电过程。于是设置判定条件:负极接触器闭合V2≤50%V1,且120~150ms后,V2电压达到V1电压的80%,则判定为预充接触器粘连故障。图6所示的上电故障发生在t4时刻,预充完成,闭合正极接触器。由于正极接触器未能正常闭合,100ms后断开预充接触器,预充电容通过放电电阻释放电能,V3电压降低。于是设置判定条件为:闭合正极继电器,断开预充继电器后,V3电压没有达到V1电压的95%以上,则判定正极继电器断路。动力电池执行上高压阶段出现上电失败的其他案例,通过采集分析V1、V2、V3的电压数据,判定出在设定的上电时刻有没有执行相应的指令,从而推断出故障点的位置,如MSD的未连接或熔断器烧坏,负极接触器粘连、预充接触器粘连、预充电阻烧坏、正极接触器粘连等。

5结论

针对新能源汽车上电故障问题,本文以某型纯电动汽车为例,分析其上电流程及控制策略,得出以下建议。1)各控制器自检未完成,检查各控制器的“ON”、“CHG”或“WAKEUP”信号以及相互间CAN通信状况。2)绝缘故障,检查高压线束破损情况,检查高压插接器有无泥沙杂物进入,分别检查高压部件、高压线束正负极对车身搭铁的绝缘阻值。3)高压互锁故障,依车型手册找出互锁回路连接状况,检查互锁回路的导通情况,检查互锁回路的电气信号。4)动力电池执行上高压阶段,通过采集分析V1、V2、V3的电压数据,判定出在设定的上电时刻有没有执行相应的指令,从而推断出故障点的位置。

参考文献:

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作者:谭仕发 单位:眉山职业技术学院